ОНТОГЕНЕЗ, 2010, том 41, № 1, с. 5-18
= ОБЗОРЫ
УДК 591
ОВОДНЕНИЕ ООЦИТОВ КОСТИСТЫХ РЫБ
© 2010 г. М. Н. Скоблина
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН 119334 Москва, ул. Вавилова, д. 26 E-mail: skoblina38@mail.ru Поступила в редакцию 02.02.09 г. Окончательный вариант получен 23.04.09 г.
Собраны данные об оводнении ооцитов костистых рыб в процессе созревания, стимулированного in vivo или in vitro гонадотропными или стероидными гормонами. Рассматриваются причины овод-нения, его динамика и некоторые механизмы, обеспечивающие поступление воды и ионов в ооцит.
Ключевые слова: ооцит, фолликул, созревание, оводнение, овуляция, гонадотропные гормоны, стероиды, бентосные яйца, пелагические яйца, щелевые контакты, протеолиз белков желтка, неорганические ионы, аквапорины, мембранный рецептор прогестагенов, ядерный рецептор прогестаге-нов, костистые рыбы.
Более 100 лет тому назад Фултон показал, что целый ряд морских костистых рыб выметывает прозрачные пелагические яйца. Перед выметыванием ооциты в яичнике непрозрачные и одновременно с приобретением прозрачности резко увеличиваются в объеме, при этом снижается удельная плотность яйца, так что оно становится способным плавать в морской воде обычной плотности, т. е. становится пелагическим (Fulton, 1891). Автор установил, что подобные изменения происходят и при созревании тонущих (бентосных) яиц, но в этом случае количество абсорбированной жидкости гораздо меньше (Fulton, 1898). Долгие годы эти данные не привлекали внимания, однако позднее оводнение ооцитов некоторых костистых рыб, описанное Фултоном, наблюдали и другие исследователи, кроме того, было описано оводнение ооцитов и других видов костистых рыб. Оказалось, что изменение объема ооцитов невелико у пресноводных рыб и у рыб, выметывающих икру в солоноватую воду (Hisose, 1976; Iwamatsu, 1978; Wallace, Selman, 1978, 1979; Craik, Harvey, 1984, 1986; Selman et al., 1993). У рыб, выметывающих яйца в морскую воду, объем яиц увеличивается многократно, иногда в сотни раз (Wallace, Selman, 1981; Craik, Harvey, 1984, 1986; Watanabe, Kuo, 1986; LaFleur, Thomas, 1991).
Первичной причиной увеличения объема и веса фолликула является увеличение содержание воды (Greeley et al., 1991). Считается, что оводнение ооци-тов костистых рыб в процессе созревания является уникальным явлением среди позвоночных (Wallace, Selman, 1978).
Оводнение ооцита оценивают, измеряя увеличение его объема (Greeley et al., 1986, 1991; Finn et al., 2002a, Chen et al., 2003), сырого веса (Greeley et al.,
1991; Milla et al., 2006) или содержания в нем воды (Craik, Harvey, 1987; Finn et al., 2002a; Chen et al., 2003).
Остановимся на некоторых характерных особенностях процесса оводнения ооцитов костистых рыб. В литературных источниках рассматриваются две причины увеличения поступления воды в ооциты: накопление пептидов и свободных аминокислот (САК), возникающих при гидролизе белков желтка ооцита, и накопление неорганических ионов.
РОЛЬ САК И БЕЛКОВ В ОВОДНЕНИИ
Хорошо известно, что рост ооцита в фолликуле происходит преимущественно благодаря накоплению синтезированного печенью белка желтка — ви-теллогенина. Попав в ооцит, вителлогенин претерпевает частичный процессинг и накапливается в желточных гранулах. У многих костистых рыб в процессе созревания ооцитов (критерием созревания обычно служит разрушение ядра ооцита — зародышевого пузырька, РЗП) происходит дополнительное расщепление белков желтка протеолитическими ферментами лизосом. Эти ферменты активируются в ооците в процессе созревания в определенное время (Carnevali et al., 2006). Механизм избирательного процессинга определенных белков желтка не известен (Patino, Sullivan, 2002).
О протеазах, участвующих в процессинге белков желтка при созревании ооцитов рыб, выметывающих пелагические и бентосные яйца, известно немного. У дорады (Sparus auratus) в протеолизе белков желтка участвует катепсин L (Carnevalli et al., 1999), у данио (Danio rerio) — катепсины B и L (Carnevalli et al., 2006), у вераспера (Verasper moseri) (Matsubara et al.,
2003) и обыкновенного фундулюса (Fundulus hetero-clitus) (Raldua et al., 2006) — катепсин В. Почему у разных рыб в этом процессе участвуют разные проте-азы, неясно.
Локализация катепсинов определена в ооцитах обыкновенного фундулюса. Все катепсины (в крупных вителлогенных фолликулах фундулюса имму-ноцитохимически выявляются катепсины L, B , F) окружают желточные глобулы. В процессе созревания ооцитов in vitro под действием мейозиндуциру-ющего стероида (МИС) катепсин F исчезает, катепсин L инактивируется, а катепсин B превращается из профермента в активный фермент, который выявляется по краям центральной массы жидкого желтка, где сливаются желточные глобулы (Raldua et al., 2006).
Данные о подавляющем влиянии бафиломицина Аь специфического ингибитора вакуолярной протонной АТФазы (V-АТФазы), на оводнение ооцитов черного каменного окуня (Centropristes striata) (Sel-man et al., 2001), фундулюса (Raldua et al., 2006) и до-рады (Fabra et al., 2006) указывают на то, что рН, по-видимому, является ключевым регулятором деградации белков желтка. Измерения рН цитоплазмы проведены в созревающих ооцитах вераспера (Matsub-ara et al., 2003) и обыкновенного фундулюса (Raldua et al., 2006). Показано, что в процессе созревания ооцитов происходит резкое снижение рН цитоплазмы, он снова становится нейтральным в зрелом ооците перед овуляцией (Matsubara et al., 2003; Raldua et al., 2006). Предполагается, что изменения рН у вераспера контролируются МИС (Matsubara et al., 2003), у фундулюса подкисленная цитоплазма вокруг желточных глобул обнаружена в ооцитах до их обработки МИС. Это хорошо согласуется с увеличением энзиматической активности катепсина В в не обработанных МИС фолликулах фундулюса, хотя ее увеличение несколько ниже, чем в созревающих ооцитах (Raldua et al., 2006).
Стройную гипотезу о роли протеолиза белков желтка в оводнении ооцитов создал Грилей с соавторами (Greeley et al., 1986). Чтобы лучше понять связь между оводнением и протеолизом белков желтка, сравнили протеолиз в ооцитах костистых рыб, выметывающих яйца в пресную, солоноватую (бентос-ные яйца) и морскую воду (пелагические яйца). Размер (диаметр) ооцитов пресноводных костистых рыб в процессе созревания меняется мало. Так, у чернополосой цихлозомы (Cichlosoma nigrofascia-tum), золотой рыбки (Carasius auratus) и обыкновенной тернеции (Gymnocorymbus ternetzi) изменения диаметра не обнаружено. У суматранского барбуса (Barbus tetrazona) диаметр ооцита увеличивается с 0.85 до 0.90 мм (5.9%), а у трехлинейного разбора (Rasbora trilineata) — с 0.74 до 0.80 мм (8.1%) (Greeley et al., 1986). Данные об оводнении ооцитов в процессе созревания недавно получены для радужной форели (Oncorhynchus mykiss). В этом случае оводнение измеряли по разнице сырого веса ооцитов и яиц.
Оно оказалось равным в среднем 24.7% (Milla et al., 2006).
Белки ооцитов пресноводных рыб при созревании изменяются мало. У чернополосой цихлазомы, золотой рыбки и обыкновенной тернеции они до и после созревания практически идентичны. Только у суматранского барбуса и трехлинейного разбора, размер ооцитов которых изменяется в процессе созревания, происходит заметный протеолиз белков желтка. Но и у них изменения минимальны, они касаются, главным образом, увеличения концентрации одного большого белка желтка (98—100 кДа) за счет снижения концентрации других (109—118 кДа). Кроме того, у них увеличивается концентрация минорного белка с молекулярной массой 25 кДа. Несмотря на довольно значительное (по сравнению с барбусом и разбором) оводнение ооцитов радужной форели, электрофореграммы ее ооцита перед созреванием и овулировавшего яйца оказались практически идентичными. Это позволяет предполагать, что в процессе созревания и овуляции ооцитов форели протеолиз белков желтка не происходит или он очень незначителен (Milla et al., 2006).
В процессе созревания ооцитов у рыб, выметывающих яйца в солоноватую воду, диаметр ооцитов увеличивается в разной степени. Так, у обыкновенного фундулюса он увеличивается с 1.4 до 2.0 мм (42.8%), у большого фундулюса (F. grandis) — с 1.6 до 2.2 мм (37.5%), у майского фундулюса (F. majalis) — с 1.7 до 2.5 мм (47%). У изменчивого карапузика (Cyp-rinodon variegates) диаметр ооцитов увеличивается с 0.85 до 1.2 мм (41%), у хомодеса (Chasmodes sabu-rrae) — с 0.80 до 1.00 мм (25%), у пятнистого дорми-татора (Dormitator maculates) — с 0.28 до 0.30 мм (7%), у гобионеллуса (Gobionellus boleosoma) — с 0.25 до 0.33 мм (32%). Таким образом, у пятнистого дорми-татора диаметр ооцита увеличивается менее чем на 10%, в то время как у изменчивого карапузика и трех видов фундулюса - на 40—50%.
У трех видов фундулюса в процессе созревания ооцитов самый большой белок с молекулярной массой 123 кДа исчезает, но увеличивается концентрация белков с меньшими молекулярными массами (103, 77, 42, 25 и 19 кДа). У изменчивого карапузика, хомодеса, гобионеллуса и пятнистого дормитатора белки ооцита в процессе созревания изменяются сходным образом. Увеличение диаметра ооцита, по-видимому, коррелирует со степенью изменения белков в процессе созревания. В ооцитах, диаметр которых увеличивается в большей степени (виды фунду-люса и карапузик), происходят относительно более выраженные изменения белков желтка при созревании, чем в ооцитах, диаметр которых в процессе созревания увеличивается незначительно (пятнистый дормитатор), и происходят относительно небольшие изменения белков.
Бросающимся в глаза различием между пресноводными видами, с одной стороны, и видами, выметывающими тонущие яйца в солоноватую воду, с
другой, является судьба белка с приблизительной молекулярной массой 160 кДа в незрелых ооцитах чернополосой цихлазомы, пятнистого дормитатора и гобионеллуса. В то время как у пресноводного вида чернополосой цихлазомы этот белок еще есть в созревших ооцитах, у видов, выметывающих яйца в солоноватую воду, — пятнистого дормитатора и гобионеллуса - он полностью исчезает в процессе созревания.
Ооциты морских видов с пелагическими яйцами поглощают огромное ко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.